SUELOS II INFORME Nº04: COMPRESION SIMPLE
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AUXILIAR DE PRÁCTICAS: PRÁCTICAS: Ing. ALUMNOS: CHUCO GUTIERREZ SEÑIAGAS YAQUIL MONTOYA HUAMAN EDGAR AL#ERTO O&IEDO CUE&A 'ATIUSCA MIALU UGARTE TAPIA RAUL UGARTE TAPIA &ANESSA
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INTRODUCCION El ensayo de compresión no confinada, también conocido con el nombre de ensayo de compresión simple o ensayo de compresión uniaxial, es muy importante en Mecánica de suelos, ya que permite obtener un valor de carga ultima del suelo, el cual como se verá más adelante se relaciona con la resistencia al corte del suelo y entrega un valor de carga que puede utilizarse en proyectos que no requieran de un valor más preciso, ya que entrega un resultado conservador. conservador. Este ensayo puede definirse en teoría como un caso particular del ensayo triaxial.
Es importante comprender el comportamiento de los suelos sometidos a cargas, ya que es en ellos o sobre ellos que se van a fundar las estructuras, ya sean puentes, edific edificios ios o carret carretera eras, s, que que requi requiere eren n de una una base base firme, firme, o más an que pueden pueden apro aprove vec! c!ar ar las las resi resist sten enci cias as del del suel suelo o en bene benefi fici cio o de su prop propia ia capa capaci cida dad d y estabilidad, siendo el estudio y la experimentación las !erramientas para conseguirlo, y finalmente poder predecir, con una cierta aproximación, el comportamiento ante las cargas de estas estructuras. "ebido a la comple#a y variable naturaleza de los suelos, en especial en lo referido a la resistencia al esfuerzo cortante, existen muc!os métodos de ensayo para evaluar sus características. $un cuando se utilizan otros métodos más representativos, como el triaxial, el ensayo de compresión simple cumple el ob#etivo buscado, sin tener que !acer un método tan comple#o ni usar un equipo que a veces puede ser inaccesible, lo que significa menor costo. Este método de ensayo es aplicable solo a materiales co!e co!esi sivo vos s que que no expu expuls lsan an agua agua dura durant nte e la etap etapa a de carg carga a del del ensa ensayo yo y que que mant mantie iene nen n su resi resist sten enci cia a intr intrín ínse seca ca desp despué ués s de remo remove verr las las pres presio ione nes s de confinamiento, como las arcillas o los suelos cementados. %os suelos secos friables, los materiales fisurados, laminados o varvados, los limos, las turbas y las arenas no pueden pueden ser anali analizad zados os por este este métod método o para para obtene obtenerr valore valores s signif significa icativ tivos os de la resistencia a la compresión no confinada. Este ensayo se realiza con el fin de determinar la resistencia o esfuerzo ltimo de un suelo co!esivo a la compresión no confinada, mediante la aplicación de una carga axial con control de deformación y utilizando una muestra de suelo inalterada tallada en forma de cilindro, generalmente con una relación alto&diámetro igual a '.
PRESENTACIÓN El sigu siguie ient nte e info inform rme e cons consta ta de intr introd oduc ucci ción ón,, ob#e ob#eti tivo vos, s, equi equipo po y mate materi rial ales es,, procedimiento, datos y cálculos del laboratorio, conclusiones y recomendaciones en cuanto al informe () *+ -M/0E12( -M/0E12( 12M/%E34 cumpliendo así con lo solicitado por el docente.
OBJETIVOS $l terminar este traba#o traba#o en el laboratorio laboratorio el alumno alumno será capaz capaz de5
0econocer y utilizar correctamente los materiales y el equipo necesario para realizar el ensayo de compresión no confinada, aprendiendo aprendiendo las características de cada uno, y los cuidados que se deben tomar para realizar la experiencia. btener datos a partir de los ensayos y anotarlos en un registro ordenado de acuerdo a un método establecido. /rocesar los datos obtenidos a través de formulaciones, tablas y gráficos, de manera que permitan sacar conclusiones sobre el ensayo realizado. -omprend -omprender er con exactitud exactitud la metodolo metodología gía y procedim procedimient ientos os usados usados en el ensayo, incluido el tiempo e intervalos con los que será ensayada la muestra. -onstruir el gráfico esfuerzo6deformación a partir de los datos obtenidos de la experiencia y de las fórmulas teóricas necesarias
MARCO TEORICO El ensayo de compresión simple 7iene por finalidad, determinar la resistencia a la compresión no confinada 8qu9, de un cilindro de suelo co!esivo o semi6co!esivo, e indirectamente la resistencia al corte 8qc9, por la expresión.
Este cálculo se basa en el !ec!o de que el esfuerzo principal menor es cero 8 ya que al suelo lo rodea sólo la presión atmosférica9 y que el ángulo de fricción interna 8:9 del suelo se supone cero. "ebido a numerosos estudios, se !a !ec!o evidente que este ensayo generalmente no proporciona un valor bastante confiable de la resistencia al corte de un suelo co!esivo, debido a la pérdida de la restricción lateral provista por la masa de suelo, las condiciones internas del suelo como el grado de saturación o la presión de poros que no puede controlarse y la fricción en los extremos producidas por las placas de apoyo. 1in embarg embargo, o, si los result resultado ados s se inter interpre pretan tan adecua adecuada damen mente, te, recon reconoci ociend endo o las las deficiencias del ensayo, estos serán razonablemente confiables. El ensayo de la compresión simple es un caso especial del ensayo triaxial, en el cual solamente se le aplica a la probeta la tensión longitudinal. longitudinal. /uesto que no es necesario el dispositivo para aplicar la presión lateral, y como, además, la muestra no necesita estar envuelta en una membrana de cauc!o, este ensayo se !a convertido en un ensayo sencillo de campo. El aparato es tan solo til para ensayos rápidos sobre suelos predominantemente arcillosos que están saturados o casi saturados. 1e podrá
realizar de dos maneras, mediante un control de deformación o bien, mediante un control de esfuerzos. El primero, es ampliamente utilizado, controlando la velocidad de avance de la plataforma del equipo. El segundo, requiere ir realizando incrementos de carga, lo que puede causar errores en las deformaciones unitarias al producirse una carga adicional de impacto al aumentar la carga, por lo que resulta de prácticamente nula utilización. -omo el ensayo de compresión simple en arcillas relativamente impermeables se efecta cargando la probeta con bastante rapidez, resulta que, en definitiva, constituye también un ensayo sin drena#e si dic!a arcilla está saturada. -omo el ensayo de compresión simple es extraordinariamente fácil y barato de realizar, resulta que muy pocas veces se !acen los ensayos triaxiales en suelos saturados. 1egn el valor de la resistencia máxima a compresión simple, una arcilla se puede clasificar del modo que se indica a continuación 87erzag!i y /ec;, <=>>9.
Tipos de rotura En un ensayo de compresión simple se pueden producir distintos tipos de rotura, los cuales son la rotura frágil y la rotura dctil. En la primera predominan las grietas paralelas a la dirección de la carga, y la rotura ocurre de un modo brusco y ba#o deformaciones muy peque?as, presentándose después de ella un desmoronamiento de la resistencia. En la segunda la muestra se limita a deformarse, sin que aparezcan zonas de discontinuidad en ella. "e forma intermedia, la rotura se produce a través de un plano inclinado, apareciendo un pico en la resistencia y un valor residual. En arcill arcillas as bland blandas as aparec aparece e la rotura rotura dctil dctil en el ensay ensayo o de compre compresió sión n simpl simple, e, mientras que en suelos cementados se suele registrar rotura frágil en este tipo de ensayos. %as teorías de rotura frágil fueron iniciadas por $llan @riffit! en <='*, al atribuir la reducida resistencia a la tracción de muc!os materiales a la presencia de diminutas fisuras en su interior, en cuyos extremos se produce concentración de
tensiones. %a rotura se produce debido a la propagación de las microfisuras existentes ba#o dic!a concentración de tensiones. En una probeta sometida a compresión simple también se pueden producir tracciones locale locales s en el contor contorno no de las fisura fisuras, s, especi especialm almen ente te sobre sobre planos planos parale paralelo los s a la dirección de la compresión. Esto explica la aparición de grietas verticales. En suelos blandos sometidos a presiones no muy altas, la rotura dctil se presenta ba#o la forma de un ensanc!amiento sólo por el centro, ya que por los extremos lo impide la fricción entre el suelo y las placas de carga.
EQUIPO Y MATERIALES !" Aparato de #o$presi%& El aparato de compresión puede ser una báscula de plataforma equipada con un marco de carga activado con un gato de tornillo, o con un mecanismo de carga !idráulica, o cualquier otro otro instru instrumen mento to de compre compresió sión n con sufici suficient ente e capa capaci cida dad d de cont contro roll para para prop propor orci cion onar ar la velocidad de carga. En lugar de la báscula de plataforma es comn que la carga sea medida con un anillo o una celda de carga fi#ada al marco. /ara suelos cuya resistencia a la compresión no confin confinada ada sea menor menor de <** ;/a 8<;g&c 8<;g&cm'9 m'9 el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compresivos con una precisión de < ;/a 8*,*< ;g&cm'94 para suelo elos con con una una resistencia a la compresión no confinada de <** ;/a 8< ;g&cm'9 o mayor el aparato de compresión debe ser capaz de medir los esfuerzos compre compresiv sivos os con una precis precisión ión de > ;/a 8*,*> Ag&cm'9.
'" De(or$)$etro El indi indica cad dor de defo eformac rmacio ione nes s debe debe ser un comparador de carátula graduado a *,*' mm, y con un rango de medición de por lo menos un '*B de la longitud del espécimen para el ensayo, o alg algn n otro otro inst instru rume ment nto o de medi medici ción ón,, com como un transductor que cumpla estos requerimientos.
*" I&stru$e&tos de $edi#i%& róm
medi medirr las las dime dimens nsio ione nes s físic físicas as del del espé espéci cime men n dentro del *,
+" Cro&%$etro Dn instrumento de medición de tiempo, que indique el tiempo transcurrido con una precisión de < seg para controlar la velocidad de aplicación de deformación prescrita anteriormente.
," Ba-a&.a %a balanza usada para pesar los especímenes, debe determinar su masa con una precisión de *,
/" E0uipo $is#e-1&eo 2ncluye las !erramientas para recortar y labrar la muestra, instrumentos para remoldear la muestra, y las !o#as de datos.
METODOLO2A El ensayo de compresión simple se realiza siguiendo el método dado a continuación5
!" O3t O3tei ei%& %& 4 pre prepara para#i%& #i%& de $uest $uestras" ras" <.<
1e extrae muestra del suelo lo más inalterada posible de un tama?o
suficiente para poder trasportarla al laboratorio sin que ésta se desintegre y no se produzcan grietas internas que puedan alterar los resultados del ensayo. <.' 1e debe deben n mane mane#a #arr las las mues muestr tras as cuid cuidad ados osam amen ente te para para prev preven enir ir cualquier alteración, cambios en la sección transversal y evitándose cualquier cambio en el contenido de agua del suelo.
'" Pr Prepa epara# ra#i% i%& & de -a pro pro3e 3eta" ta" '.<
%os especímenes deben tener una sección transversal circular con sus
extremos extremos perpendi perpendicula culares res al e#e longitudi longitudinal nal de la muestra. muestra. $demás $demás deben deben tener un diámetro mínimo de * mm y la partícula mayor contenida dentro del espécimen de ensayo debe ser menor que <&<* del diámetro del espécimen. %a relación de altura a diámetro debe encontrarse entre ' y ',>. '.' 1e talla la muestra de tal manera que la altura sea el doble del diámetro, este tallado se realiza de forma f orma muy cuidadosa, en lo posible tratando que el material no se agriete en el tallado, realizado con un cuc!illo. '. El tama?o de la probeta se mide con un molde, de esta manera se llega a una probeta bien tallada cumpliendo con la condiciones anteriormente mencionadas, mencionadas, y se determina la altura promedio y el diámetro de la muestra para el ensayo utilizando los instrumentos especificados anteriormente. anteriormente.
*" Pro ro#e #edi di$i $ie& e&to to"" 1e coloca el espécimen en el aparato de carga de tal manera que *"! quede quede centra centrado do en la platin platina a infer inferio ior. r. 1e a#usta a#usta el instru instrumen mento to de carga carga cuidadosamente de tal manera que la platina superior apenas !aga contacto con el espécimen. 1e coloca en cero el indicador de deformación. *"' 1e aplica la carga de tal manera que se produzca una deformación axial a razón de *,*> plg&min. *"* 1e registran los valores de carga, deformación y tiempo, del anillo de deformaciones y del anillo de cargas 8*,***<39 a intervalos suficientes para definir la curva esfuerzo6deformación. esfuerzo6deformación. *"+ 1e contina aplicando carga !asta que los valores de carga decrezcan al aumentar la deformación o !asta que se alcance una deformación igual a *,'.
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Finalmente, se confecciona un croquis de la probeta posterior al ensayo.
CONCLUSIONES El ensayo de compresión simple o no confinada es un ensayo relativamente sencillo que nos permite medir la carga ltima a la que un suelo sometido a una carga compresión falla. falla. 1in embargo embargo es muy importan importante te tener tener en cuenta cuenta las simpli simplific ficaci acione ones s que este este ensayo supone, y por las cuales no es un método exacto, sino más bien aproximado, a pesar de esto es un ensayo muy solicitado, ya que la sencillez de su método y el equipo que utiliza lo convierten en un ensayo de ba#o costo en relación a otros relacionados, como el ensayo triaxial, que requiere de equipo más especializado. 1e podría decir que este ensayo es un caso particular del ensayo triaxial, en el que la presión lateral es igual a cero, y aunque esto pueda significar significar una imprecisión, imprecisión, pues no reproduce reproduce claramente claramente las condiciones en el terreno, en realidad se obtiene un resultado más conservador, ya que la presión lateral de confinamiento ayuda al suelo a resistir la carga, y al no existir ésta el valor obtenido obtenido sería inferior al real, lo que de#a al ingeniero ingeniero con un margen margen de seguridad seguridad adicional. En este ensayo se traba#a manteniendo la deformación constante, lo que se controla por medio del dial o deformímetro solidario a la muestra de suelo y el cronómetro, siendo la carga aplicada, o resistida, lo que varía y produce la forma de la curva esfuerzo6 deformación. En lo que respecta respecta al ensayo ensayo realizado realizado por nosotros, después después de llevar a cabo todos los procedimientos se?alados en un apartado anterior, y luego del procesamiento de los datos obtenidos obtenidos en las mediciones, mediciones, podemos construir construir el gráfico gráfico esfuerzo6de esfuerzo6deforma formación, ción, que representa el comportamiento del suelo sometido a cargas en progresivo aumento. El gráfico esfuerzo6deformación obtenido presenta una forma un tanto extra?a, en la cual no podría definirse en forma precisa el módulo de elasticidad, aunque si el esfuerzo ltimo o de rotura, ya que después de llegar a este valor, la resistencia decae bruscamente y la prob probet eta a se romp rompe e visi visibl blem emen ente te.. Es posi posibl ble e que que la form forma a del del gráf gráfic ico o se deba deba principalmente a la inexperiencia del grupo en el mane#o de la máquina de carga en el control de la velocidad de la deformación por medio del cronómetro, aunque la probeta fue tallada cuidadosamente. tra explicación que podemos dar a la forma, la cual muestra una meseta o zona en que el esfuerzo se mantiene aumentando muc!o la deformación, cercano a los ' ;g&cm', es que en ese momento se !aya producido una acomodación de la probe probeta ta en uno uno de sus sus extr extrem emos os o en ambo ambos, s, que que podrí podrían an no !abe !aberr qued quedado ado perfectamente perpendiculares al e#e.
En resume resumen n los resultad resultados os muestr muestran an un compor comportam tamien iento to que se ale#a ale#a un poco poco del comportamiento típico de un suelo arcilloso, ya que el esfuerzo de rotura es bastante alto en comparación a otros suelos, a pesar de mantener ba#as deformaciones, es por esto que concluimos concluimos que la rotura del suelo es de tipo frágil, frágil, tesis tesis que queda avalada por las grietas casi verticales que se produ#eron al final, y que se veían claramente luego de terminar el ensayo 8ver fotografías9. %a resistencia del suelo o esfuerzo de compresión ltimo es ,G ;g&cm', valor que segn la clasificación de 7erzag!i mostrada en la sección $poyo 7eóric 7eórico o corresponde a un suelo de consistencia muy firme. 7ambién podemos obtener una aproximación de la resistencia al corte, simplemente dividendo este valor por ', con lo que obtenemos <,H= ;g&cm' de resistencia al corte.